含有效冲突的恒定连续Petri网演变图及构造算法

最大速度恒定的连续Petri网(CCPN)是由David首先提出的一类时延连续Petri网模型,构造其演变图是对其性质进行分析的一种有效方法。而对于含有效冲突的最大速度恒定的连续Petri网,由于有效冲突所引起的变迁激发的不确定性,使得构造演变图变得较为困难。基于有效冲突的两种解决方式——确定优先级或按比例分配流量,给出了计算各变迁瞬发速度的算法2;进而对含有效冲突且有界的CCPN,提出了演变图构造算法3,利用其演变图,可以对含有效冲突的CCPN进行性能分析。     

基于网进程的模型一致性分析方法

在业务流程模型相似性分析过程中,有时会出现环结构,从而导致内部行为关系一致但网的进程不一致的情况。已有的方法大多不考虑环结构,忽略了环结构对模型一致性分析的影响。以行为轮廓序关系为基础,研究各个进程间的内部行为关系,并刻画Petri网的进程段之间的相互关系,给出了进程视图的概念;通过对Petri网的进程段外部间的关系进行研究,提出了基于Petri网的进程视图的一致性分析方法,以一致的进程视图与整个进程的比值作为两个模型的一致性度。理论和实例分析表明了该方法的有效性。     

Availability modeling and analysis of a data center for disaster tolerance

Availability assessment of a data center with disaster tolerance (DT) is demanding for cloud computing based businesses. Previous work attempted to model and analyze the computing systems without a good consideration on disaster occurrence, unexpected failure of network connection and proper dependencies between subsystems in a data center. This paper presents a comprehensive availability model of a data center for DT using stochastic reward nets (SRN). The model incorporates (i) a typical two-level high availability (HA) configuration (i.e., active/active between sites and active/passive within a site), (ii) various fault and disaster tolerant techniques; (iii) dependencies between subsystems (e.g. between a host and virtual machines (VMs), between a network area storage (NAS) and VMs) and dependency between disastrous events and physical subsystems; and (iv) unexpected failures during data transmission between data centers. The constructed SRN model is analyzed on the basis of steady state analysis, downtime cost analysis, and sensitivity analysis with regard to major impacting parameters. The analysis results show the availability improvement of the disaster tolerant data center (DTDC) and featured system responses corresponding to the selected variables. The modeling and analysis of the DTDC in this paper provide a selection basis of designing for disasters in consideration of the trade-off between system availability and downtime cost with infrastructure construction cost.     

混成时空Petri网的CPS实时事件模型

在分析网络物理系统（ CPS）特点的基础上,提出了一种新的CPS体系结构,并对事件进行形式化定义。提出了一种新的CPS物理实体的形式化建模方法。在Petri网的基础上引入时空因素和连续变量,构造了混成时空Petri网（ HSPN）模型,使其不仅能够描述物理实体逻辑和时间层次的行为,而且能够描述物理实体位置变迁所引起的状态变化。将其应用于实时事件CPS模型设计,以医疗控制系统为例,分析建模方法的可行性。     

一种带有色量测噪声的非线性系统辨识方法

利用最大似然判据, 本文提出了一种带有色量测噪声的非线性系统辨识方法. 首先, 利用量测差分方法将有色量测噪声白色化, 获得新的量测方程, 从而将带有色量测噪声的非线性系统辨识问题转化成带白色量测噪声和一步延迟状态的非线性系统辨识问题. 其次, 利用期望最大化(Expectation maximization, EM)算法提出了一种新的基于最大似然估计的非线性系统辨识方法, 该算法由期望步骤(Expectation step, E-step)和最大化步骤(Maximization step, M-step)两部分组成. 在期望步骤中, 基于当前估计的参数并利用带有色量测噪声的高斯近似滤波器和平滑器, 近似计算完整的对数似然函数的期望. 在最大化步骤中, 近似计算的似然函数期望值被最大化, 并且通过解析更新获得噪声参数估计, 通过Newton更新方法获得模型参数的估计. 最后, 数值仿真验证了本文提出算法的有效性.     

基于混合整数规划的一般Petri网死锁检测方法

信标的受控性是检测柔性制造系统(flexible manufacturing system,FMS)Petri网模型是否存在死锁的关键因素.对于普通Petri网,在任何可达标识下所有信标不被清空是检测网系统非死锁的充分条件.然而,该条件对于建模能力更强的一般Petri网并不适用,max可控性条件由此产生.研究证明,该条件对于一般Petri网的死锁检测过于严格了.虽然其后有很多研究者通过改进max可控性条件以求给出条件更宽松的一般Petri网非死锁的充分条件,但大部分的研究成果都仅仅局限于一种顺序资源共享分配系统Petri网模型S4PR(systems of sequential systems with shared resources)网.因此,本文在max可控性条件的基础上提出了新的名为max#可控的信标可控性条件,并在此条件的基础上实现了基于混合整数规划(mixed integer programming,MIP)的死锁检测方法.与现有研究成果相比,max#可控性条件更宽松,可适用于更多类型的一般网,为解决大规模柔性制造系统中死锁监督控制器的结构复杂性问题提供了有力的理论支撑.     

使用确定随机Petri网对Hadoop公平调度的建模和性能分析

由于Hadoop能在同一时间处理多个用户提交的不同作业的多个任务,这使得用传统的方法对其进行建模和性能分析变得十分困难.为了解决这个问题,基于马尔可夫排队模型M/MMDP/C/K建立了一个随机Petri网(SPN)模型和一个确定随机Petri网(DSPN)模型来分别描述Hadoop调度中的数据状态和作业公平调度.通过设置DSPN中的使动谓词和随机开关来建模Hadoop公平调度和YARN公平调度.使用嵌入的马尔可夫链模型来分析单用户情景,而在分析多用户情景时则引入分解和迭代技术来减小模型的状态空间,从而避免产生状态爆炸问题.研究侧重于Hadoop中作业调度的平均性能,仅通过求解提出的分析模型,就可以对比和分析服务质量(QoS)的一些关键指标,如平均吞吐量、平均队列长度和平均时延.采用Matlab进行仿真:当每秒到达任务数大于等于20时,YARN算法的数据积压和平均时延明显少于公平算法;当每秒到达任务数大于等于30时,YARN算法的平均吞吐量明显高于公平算法.实验结果表明,YARN公平算法能够减少平均处理和排队等待时间,在平均吞吐量、平均队列长度和平均时延上明显优于公平算法.     

基于服务组合模型结构特征的性能瓶颈定位方案

在满足功能需求的前提下,组合服务的性能是赢得用户的关键,如何发现和消除性能瓶颈则是服务组合面临的重大挑战。面对这个挑战,提出一种基于服务组合模型结构特征的性能瓶颈分析方案。为了确保方案的可行性和有效性,除了对方案技术路线的可行性进行论证,还指出了实现方案需要解决的关键基本问题,即找出服务组合模型的最小结构完备集。提出一种基于随机Petri网的Web服务组合性能分析模型,并给出此模型最小结构完备集的求解和证明过程。最后,通过 一个应用实例说明了方案的有效性。     

Performance analysis of the internet‐protocol multimedia‐subsystem's control layer using a detailed queueing Petri‐net model

In the current trend in telecommunications industry towards all‐internet‐protocol (IP) infrastructures, IP multimedia subsystem (IMS) plays a critical role by providing a coherent data and control‐plane solution for large‐scale live multimedia applications in a flexible and cost‐effective manner. On the other hand, such a large‐scale service platform would inevitably fail without effective support for the quality‐of‐service (QoS) requirements perceived by its users. Among the most important factors that influence user QoS are system performance and scalability. In this paper, a performance model for IMS systems is developed using the queueing Petri nets (QPNs) as the modeling formalism. The model's parameters are tuned based on the measurements carried out using a well‐known IMS implementation. The model is validated against the real system. During the model calibration, the Java garbage‐collector process used in the home subscriber‐server (HSS) implementation was found to be a main factor in the discrepancy between the model and the reality. In addition, the effects of other factors such as the network stack in the operating system are investigated. The validated model is employed to give insights into the scalability of every single instance of IMS implementation. The model is extended to study load balancing among multiple instances of HSS to remove the main bottleneck in the system. It provides a valuable platform for resource management of various components of the IMS ecosystem to support the intended level of QoS for the users.     

基于加权流关系的流程相似性算法

为了提高从企业模型库中检索模型的效率,提出一种基于加权流关系的相似性算法,记作WF.首先,本文设计加权流关系集的生成算法,生成算法通过广度优先搜索方法遍历除输出库所外的所有节点及流关系,为每个流关系唯一分配权重,生成加权流关系集;其次,WF算法基于加权流关系集计算出加权变迁集,并依据WF相似性定义计算相似性;最后,通过实验及算法的时间复杂度分析比较表明：算法是正确且唯一确定结果的,且WF算法具有良好的性能.